JP2013529274A - 燃焼エンジンにおける湿度センサのモニタリングの方法及び装置であって、ＮＯｘ、ラムダ（ｌａｍｂｄａ）、及び／又は酸素センサ等のエンジンにおける他のセンサの酸素測定を用いる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃焼エンジンにおける周囲湿度センサをモニタリングする方法及び装置をもたらし、該周囲湿度センサのモニタリングは、前記湿度センサによって測定される周囲湿度と、ＮＯｘ、ラムダ（lambda）、及び／又は、酸素センサ等の、エンジン・システムにおける少なくとも一つのその他のセンサの酸素測定から決定される周囲湿度との比較によってなされる。前記比較は、前記少なくとも一つのその他のセンサの、酸素シグナル測定値のオフセットを用いて、燃料遮断状態においてなされ、該燃料遮断状態において、前記一つのその他のセンサのドリフト又はオフセットは、周囲湿度の変化に関連する。

Description

本発明は、燃焼エンジンの湿度センサのモニタリングの方法及び装置であって、ＮＯｘ、ラムダ（lambda）、及び／又は酸素センサ等のエンジンにおける他のセンサの酸素測定を用いる方法及び装置に関する。

内的燃焼エンジンのＮＯｘ排出は、周囲の空気の湿度に大きく影響される。例えば中央ヨーロッパでは、夏と冬の間の周囲湿度の変化によって、２０％に至るＮＯｘ排出量の変化に導かれる。

従って、ＮＯｘの原排出量がＮＯｘセンサを用いずに計算されるという考えにおいて、周囲湿度の影響を補正するために、センサを用いることができる。

周囲の空気の相対湿度又は絶対湿度は湿度センサで測定されるが、それはエンジンのＮＯｘ排出量を正確に予測することができるようにすることを目的とする。このことは、湿度センサを排出の関連要素とするが、そのため、該センサは独立の計算／センサでモニタリングされ照合されなければならない。なぜなら、排出ガス規制法は、排出物に影響を与える全ての要素のモニタリングを課しているからである。

一般的に、センサによるモニタリングは、例えば、測定及び／又はモデル等の二つ以上の独立したソースからの冗長情報を用いることで成り立ち、その測定値はお互いに照合される。しかし、周囲湿度センサのモニタリングはとりわけ困難である。というのも、周囲湿度の冗長決定のために用いることの出来る自明な装置は存在しないからである。

ＮＯｘ排出量の場合、仮にただ一つのＮＯｘセンサが排気ガスラインで用いられているならば、計算されたＮＯｘ排出量と測定されたＮＯｘ排出量との比較が強制される。この比較は、ＮＯｘセンサの測定値の信頼性をモニタリングするために必須である。しかし、湿度センサを、このようにして同時に独立してモニタリングすることは出来ない。付け加えて、二つ以上の湿度センサの使用は明らかにコストがかかり、従って避けるべきである。

周囲湿度をチェックするための可能な解決方法は、二つ以上のＮＯｘセンサの使用であるべきである。しかし、この場合、周囲湿度センサの使用はもはや必要ではない。

従って、本発明の主目的は、燃焼エンジンにおける湿度センサをモニタリングするための方法及び装置をもたらすことであり、該方法及び装置は上記の課題／欠点を解決する。

本発明の基本理念は、燃焼エンジン内の周囲湿度センサをモニタリングすることであり、それは、該エンジン内における他のセンサ、例えばＮＯｘ、ラムダ（lambda）、及び／又は酸素センサの酸素測定から周囲湿度を決定することによるものである。

これらの目的及び更なる目的は、燃焼エンジン内の湿度センサをモニタリングするための方法及び装置によって成し遂げられ、該モニタリングは、該エンジン内の他のセンサ、例えば、ＮＯｘ、ラムダ（lambda）、及び／又は酸素センサの酸素測定を用いることによるものであるが、該方法及び装置は付随する請求項で述べられ、該請求項は、本記述に不可欠な部分を形成する。

本発明は、以下の詳細な記述から十全に明確となるが、それは単なる典型例であって非限定的な例によるものであり、以下に付随する図面を参照して読まれるべきである。

図１が示すのは、本発明が適用されたエンジン・システムの図表である。 図２が示すのは、適用アルゴリズムのモニタリング動作のフローチャートである。

ＮＯｘ排出量への周囲湿度の主要な影響は、湿度が増加する場合の酸素の利用可能性が減少することに実際に反映される。言い換えれば、周囲の空気内の酸素濃度は、湿度が増加するに伴い減少する。従って、シリンダ内の局所的な炎の温度は下がり、それによって結局は、より低いＮＯｘ排出量に導かれる。

多くのエンジン管理システムにおいて、ＮＯｘ、ラムダ（lambda）、又は酸素センサは、該エンジンの排気部で用いられる。燃料遮断段階、すなわち、燃料注入が遮断されている際、例えば、車両が下り坂を走行している際には、ラムダ（lambda）、及び／又は酸素センサは、周囲の空気の酸素濃度を測定する。この酸素濃度は明らかに周囲湿度に依存している。

従って、要約すれば、ＮＯｘ、ラムダ（lambda）、又は酸素センサは、周囲湿度の水準に関する独立した情報をもたらし、それは、周囲湿度信号の信頼性をモニタリングするために用いることができる。

さらにとりわけ、多くのエンジン管理システムにおいて、ＮＯｘセンサの使用が強制されているが、それは、法律によって課されるＮＯｘ排出量制限未満の持続的な動作を確実にするためである。

ＳＣＲ（選択的接触還元）触媒又はＬＮＴ（リーン（lean）ＮＯｘトラップ）等の後処理システムにとって、排気管のＮＯｘ濃度の情報だけでなく、該システムの上流のＮＯｘ濃度の情報も重要である。この濃度は、第二ＮＯｘセンサを用いることにより得ることができる。又は、圧力、温度、燃料量、エンジン速度等のエンジンのセンサ情報を用いて計算することができる。付け加えて、周囲湿度は重要な量である。というのも、それはＮＯｘ排出量に大いに影響を与えるからである。周囲湿度の増加によって、ＮＯｘ排出量の減少に導かれる。その理由は、より高い周囲湿度を伴う相対酸素濃度の減少によって、燃焼サイクル内の局所的な炎の温度の低下が導かれるからである。

とりわけ、ただ一つのＮＯｘセンサが後処理装置の下流で用いられ、付け加えて上流でのＮＯｘ濃度の計算が実行される際、ＮＯｘセンサの正確性をモニタリングするため、触媒劣化の段階において、その二つを比較することができる。しかし、ＮＯｘ排出量の計算は、湿度センサの測定値に直接依存しているので、湿度センサの独立したモニタリングが必要となる。

上記のように、ＮＯｘ、ラムダ（lambda）、又は酸素センサは、燃焼エンジン内の、排気ガスラインにおいて、又は吸気領域においてすら、広く用いられる。付け加えて、ＮＯｘセンサのような信頼できるセンサは、ラムダ（lambda）、及び／又は酸素信号をももたらす。従って、周囲湿度センサのモニタリングは、それらＮＯｘ、ラムダ（lambda）、又は酸素センサのような、エンジン内の他のセンサの酸素測定に由来する周囲湿度の決定によってなされることが可能である。

本発明のために、ＮＯｘ、ラムダ（lambda）、又は酸素測定装置の位置は、エンジンの排気又は吸気システムのいかなる位置でもよく、もし存在するなら、後処理システムの下流でもよい。

図１が示すのは、典型的なエンジン・システムの設備の非限定例であって、周囲湿度及びＮＯｘ、ラムダ（lambda）、又は酸素センサの可能な位置を伴う。典型的なエンジン・システムは、吸気パイプ１を含み、該吸気パイプ１は、中間冷却器２及びＥＧＲ冷却器３の排出パイプに接続される。該エンジンの排気パイプ４は、ＥＧＲ冷却器及びタービン５の吸気部に持ってこられ、その排出部は後処理システムに向かう。中間冷却器２の吸入部は、タービン５によって動力が供給されるコンプレッサ６から来る。

エンジン・システムの他の構成、例えば、ＥＧＲシステムが伴わない、又は２ステージ・タービンが伴う、後処理システムが伴う又は伴わない等の構成は、可能である。

湿度センサ７は、コンプレッサ６の吸入部又は吸気パイプ１に設置することが可能である。

一つ以上の酸素、又はラムダ（lambda）、又はＮＯｘセンサ８は、（もし存在するなら）ＥＧＲ冷却器３又は中間冷却器２の排出パイプ、又は、タービン５の排出部、又は、タービンの下流のいかなる場所、すなわち、後処理システムにおけるいかなる装置（触媒、フィルタ等）の上流及び下流に設置することも可能である。

仮に、２ステージ・タービンが存在するなら、酸素又はラムダ（lambda）センサは、二つのタービンの間、又は、２ステージ・タービンの排出部に設置することが可能である。

周囲湿度は、周囲の酸素濃度に対して反比例するので、ＮＯｘ、ラムダ（lambda）、又は酸素センサの酸素測定値は、周囲の湿度を反映する。しかし、この効果は、値の狭い範囲内で酸素センサの正確な補正を伴う場合のみ可視的であって、このことが動作を困難にしている。

例えば、ヨーロッパにおける周囲湿度は、約１ｇ／ｋｇと２０ｇ／ｋｇの間で変動する。このことは、約０．１６％から３．２％の周囲の空気の水分濃度に対応する。空気中の酸素／窒素の割合は約２０／８０なので、このことは、約０．０３２％から０．６７％の酸素濃度に帰結する。

従って、酸素測定値の変化を決定することの出来る明確に定義された状態が必須であるが、それは、周囲湿度、すなわち、ラムダ（lambda）／ＮＯｘ／酸素センサのドリフトやオフセットが、周囲湿度の変化と関連することの出来る、周知の明確に定義された状態に対応する。

可能な非限定例は、燃料遮断の状態を用いる。この段階の間、排気ラインに存在するのは、ほとんど空気である。これらの状態の下、ＮＯｘ、ラムダ（lambda）、又は酸素センサの信号の酸素測定値は、明確に定義された酸素濃度、すなわち、２０．９％に対応するようにゆっくりと調節されるが、該酸素濃度は、乾燥した空気が参照されると仮定した場合の空気中の酸素濃度である。

オフセットは、この適用の結果であるが、周囲湿度に支配的に依存する。従って、湿度信号の有効性は、適用アルゴリズムのオフセットを用いてモニタリングすることが可能である。

図２を参照すると、可能な適用アルゴリズムのブロック・ダイアグラムの非限定例が与えられる。

ラムダ（lambda）、又はＮＯｘ、又は酸素センサ８の出力における酸素測定値は、センサ又はモデルの情報２１に従って、最終的にブロック２０において補正されフィルターがかけられるが、該情報２１は、エンジン内の特定の条件、例えば、燃料量、空気量、ガス圧、エンジン速度、温度等に依存する。

最終的に補正され又はフィルターがかけられた酸素測定値は、遮断条件２３の制御手段２２を介して、燃料注入遮断の条件（又は、周囲湿度の影響を抽出できるその他のいかなる明確に定義された動作条件）に取り入れられてから、上述した出力に対して値の範囲の限定をするための制御ブロック２４に運ばれるが、遮断に関しない条件のために、遮断制御手段２２の他の入力部へと戻される。制御ブロック２４の出力は、遮断条件下でのセンサの出力を得るために、設定された参照酸素値２６との間で差分がとられ（２５）：当該差分は、算出湿度値に換算（２７）される。当該算出湿度は、湿度センサ７によって測定される湿度値と比較される（２８）。当該差分は、しきい値を伴うにせよ伴わないにせよ、警告又はエラー信号２９を発するために用いることの出来るオフセットをもたらす。

上記の周囲湿度の決定のための方法は、湿度センサとは完全に独立しており、そのため、モニタリングの目的にとって好ましい。

当該湿度信号の有効性の処理は、エンジンのＥＣＵ（電気制御ユニット）に有利に実行することができる。

従って、本発明は、プログラム・コード手段を備えるコンピュータ・プログラムに有利に実装することが可能であり、当該プログラム・コード手段は、当該プログラムがコンピュータ上で実行される際、当該方法の一つ以上のステップを実行するためのものである。このような理由で、本出願は、当該コンピュータ・プログラムと記録されたメッセージを備えるコンピュータ読取り可能な記録媒体をもカバーし、当該コンピュータ読取り可能な記録媒体は、当該プログラムがコンピュータ上で実行される際、当該方法の一つ以上のステップを実行するためのプログラム・コード手段を備える。

主題となる発明の多くの変更、修正、変化、及び他の使用や利用は、好適実施例を開示する本明細書とそれに付随する図面を考慮した後、当業者にとって明白となるであろう。本発明の精神と範囲を逸脱しないそのような変更、修正、変化、及び他の使用や利用の全ては、本発明によってカバーされると見なされる。

更なる実施の詳細は述べられないが、それは、当業者が上記記載の教示を根幹とする発明を実行可能だからである。

１ 吸気パイプ
２ 中間冷却器
３ ＥＧＲ冷却器
４ 排気パイプ
５ タービン
６ コンプレッサ
７ 湿度センサ
８ センサ
２０ 補正及びフィルタリング
２１ センサ又はモデルの情報
２２ 制御手段
２３ 遮断条件
２４ 制御ブロック
２５ 差分チェック
２６ 参照される酸素値の設定
２７ 算出湿度値への換算
２８ 測定された湿度値との比較
２９ 警告又はエラー信号

Claims (12)

1. 燃焼エンジン・システムにおける湿度センサをモニタリングするための方法において、前記湿度センサによって測定される周囲湿度と、前記エンジン・システムにおける少なくとも一つのその他のセンサの酸素測定値から決定される周囲湿度とを比較するステップを有することを特徴とする方法。
2. 前記比較が、前記少なくとも一つのその他のセンサの酸素信号測定値のオフセットを用いて、前記その他のセンサのドリフト又はオフセットが前記周囲湿度の変化に関連するという状態においてなされることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記状態が、前記エンジン・システムの燃料遮断の状態であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記少なくとも一つのその他のセンサが、ＮＯｘ、ラムダ（lambda）、及び／又は酸素センサを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記比較のステップの前に、酸素測定から決定される前記周囲湿度は、前記エンジンの特定の状態に依存したセンサ情報に従って補正され、及びフィルターがかけられ、前記センサ情報は、例えば、燃料量、空気量、ガス圧、エンジン速度、温度であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 燃焼エンジン・システムにおける湿度センサをモニタリングするための装置において、前記エンジン・システムは、前記湿度センサ、吸気システム及び排気システム、前記吸気システム又は前記排気システムにおいて酸素を測定する少なくとも一つのその他のセンサを備え、当該装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法を実行するための手段を備えることを特徴とする装置。
7. 前記吸気システム（１）が中間冷却器（２）の排出部に接続され、前記排気システム（４）が少なくとも一つのタービン（５）の吸入部に接続され、前記湿度センサ（７）がコンプレッサの吸入部又は前記吸気パイプ（１）に設置され、前記少なくとも一つのその他のセンサが前記中間冷却器（２）の排出部、又は吸気部（１）、又は前記少なくとも一つのタービン（５）の排出部に設置され、当該装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法を実行するための手段を備えることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 前記エンジン・システムが、排気パイプ（４）と吸気パイプ（１）及び前記中間冷却器（２）の排出部との間にＥＧＲ冷却器（３）を備え、前記少なくとも一つのその他のセンサが、前記ＥＧＲ冷却器（３）の排出部、又は前記中間冷却器（２）の排出部、又は、前記吸気部（１）、又は前記少なくとも一つのタービン（５）の排出部に設置されていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 前記少なくとも一つのタービン（５）が、２ステージ・タービンであることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
10. 前記少なくとも一つのその他のセンサが、ＮＯｘ、又はラムダ（lambda）、及び／又は酸素センサを含むことを特徴とする、請求項６乃至９のいずれか１項に記載の装置。
11. コンピュータ・プログラムにおいて、コンピュータ上で当該プログラムが実行される際、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の全てのステップを実行するよう適合されたコンピュータ・プログラム・コード手段を備えることを特徴とする、コンピュータ・プログラム。
12. コンピュータ読取り可能な記録媒体において、自身に記録されたプログラムを備え、前記コンピュータ読取り可能な記録媒体は、前記プログラムがコンピュータ上で実行される際、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の全てのステップを実行するよう適合されたコンピュータ・コード手段を備えることを特徴とする、コンピュータ読取り可能な記録媒体。